解题思路:(1)金属块A在传送带方向上受摩擦力和重力的下滑分力,先做匀加速运动,并设其速度能达到传送带的速度v=2m/s,然后做匀速运动,抓住总位移的大小,结合运动学公式求出加速度的大小,根据牛顿第二定律求出动摩擦因数的大小.
(2)a、根据牛顿第二定律求出木块下滑的加速度,从而结合速度位移公式求出与挡板碰撞的速度,反弹后,速度大于传送带速度,摩擦力向下,速度与传送带速度相等后,摩擦力向上,根据牛第二定律分别求出上滑过程中的加速度,结合运动学公式求出木块B所达到的最高位置与挡板P的距离.
b、经过多次碰撞后木块B以2m/s的速度被反弹,最终在距N点1m的范围内不断以加速度a2做向上的减速运动和向下的加速运动.木块B对传送带有一与传送带运动方向相反的阻力,结合P=μmgvcosθ求出电动机的输出功率.
(1)金属块A在传送带方向上受摩擦力和重力的下滑分力,先做匀加速运动,并设其速度能达到传送带的速度v=2m/s,然后做匀速运动,达到M点.
金属块由O运动到M有L=
1
2at12+vt2
即
1
2a
t21+2t2=3 ①
且t1+t2=t
即t1+t2=2②
v=at1即2=at1③
根据牛顿第二定律有μ1mgcos370−mgsin370=ma ④
由①②③式解得t1=1s<t=2s符合题设要求,加速度a=2m/s2
由①式解得金属块与传送带间的动摩擦因数μ1=1
(2)a.由静止释放后,木块B沿传送带向下做匀加速运动,其加速度为a1,运动距离LON=4m,第一次与P碰撞前的速度为v1
a1=gsinθ-μgcosθ=2m/s2
v1=
2a1LON=4m/s
与挡板P第一次碰撞后,木块B以速度v1被反弹,先沿传送带向上以加速度a2做匀减速运动直到速度为v,此过程运动距离为s1;之后以加速度a1继续做匀减速运动直到速度为0,此时上升到最高点,此过程运动距离为s2.
a2=gsinθ+μgcosθ=10m/s2,
s1=
v21−v2
2a2=0.6m
s2=
v2
2a1=1m
因此与挡板P第一次碰撞后,木块B所达到的最高位置与挡板P的距离s=s1+s2=1.6m
b.木块B上升到最高点后,沿传送带以加速度a1向下做匀加速运动,与挡板P发生第二次碰撞,碰撞前的速度为v2
v2=
2a1(s1+s2)=
6.4m/s
与挡板第二次碰撞后,木块B以速度v2被反弹,先沿传送带向上以加速度a2做匀减速运动直到速度为v,此过程运动距离为s3;之后以加速度a1继续做匀减速运动直到速度为0,此时上升到最高点,此过程运动距离为s4.s3=
v22−v2
2a2=0.12m
s4=
v2
2a1=1m
木块B上升到最高点后,沿传送带以加速度a1向下做匀加速运动,与挡板P发生第三次碰撞,碰撞前的速度为v3
v3=
2a1(s3+s4)=
4.48m/s
与挡板第三次碰撞后,木块B以速度v3被反弹,先沿传送带向上以加速度a2做匀减速运动直到速度为v,此过程运动距离为s5;之后以加速度a1继续做匀减速运动直到速度为0,此时上升到最高点,此过程运动距离为s6.
s5=
v23−v2
2a2=0.024m
s6=
v2
2a1=1m
以此类推,经过多次碰撞后木块B以2m/s的速度被反弹,在距N点1m的范围内不断以加速度a2做向上的减速运动和向下的加速运动.
木块B对传送带有一与传送带运动方向相反的阻力
Ff=μmgcosθ
故电动机的输出功率P=μmgvcosθ
解得P=8W.
答:(1)金属块与传送带间的动摩擦因数为1;
(2)与挡板P第一次碰撞后,木块B所达到的最高位置与挡板P的距离为1.6m;
电动机的输出功率为8W.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题是一个多过程问题,比较复杂,关键理清物块在传送带上整个过程中的运动规律,搞清摩擦力的方向,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.